Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile GIORNATA STUDIO VIESSMAN Le pompe di calore I refrigeranti naturali nelle pompe di calore: l’R744 (CO2) Aspetti Legislativi: Dlgs 28/2011 e D.M. 28 dicembre 2012 C.R. ENEA di CASACCIA, 22 gennaio 2013 Referente scientifico: Ing. Andrea Calabrese [email protected] www.climatizzazioneconfontirinnovabili.enea.it Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile L’ENEA IN ITALIA…e non solo: Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile Il C.R. ENEA di Casaccia: Il Centro Ricerche della Casaccia è il più grande Centro di Ricerca dell’ENEA e si caratterizza per il complesso di laboratori e impianti sperimentali e dimostrativi a supporto dei programmi di ricerca. Si estende su una superficie di circa 90 ettari, suddivisi in due aree separate dalla via Anguillarese, e conta 190 edifici destinati a uffici, laboratori, impianti e infrastrutture di servizio per un volume complessivo di circa 720.000 m3. I dipendenti ENEA con sede di lavoro nel Centro Casaccia sono 1185 (401 donne, 784 uomini). Oltre al personale ENEA, ogni giorno sono presenti in media altre 250-300 persone tra: borsisti e laureandi italiani, borsisti stranieri, visitatori italiani e stranieri, personale di ditte appaltatrici. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” TIPOLOGIE DI POMPE DI CALORE: • A COMPRESSIONE - Elettriche in cui il compressore è azionato da motore elettrico - A gas in cui il compressore è azionato da un motore a gas • AD ASSORBIMENTO - Le pompe di calore ad assorbimento, analogamente agli impianti frigoriferi ad assorbimento, sfruttano la solubilità e l’elevata affinità tra due sostanze, di cui una funziona da refrigerante e l’altra da assorbente, per realizzare un ciclo dove l ’ energia introdotta è prevalentemente termica. Il lavoro meccanico della pompa è infatti pari a circa l’1% del calore introdotto nel generatore. • AD ADSORBIMENTO - Il funzionamento di questi sistemi è basato sulla capacità di alcuni solidi porosi (es. zeoliti, gel di silice, ecc.) di assorbire reversibilmente vapori non dannosi per l’ambiente (es. acqua). “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” LA POMPA DI CALORE A COMPRESSIONE elettrica: • • - È una macchina che consente di trasferire energia termica Da un corpo a bassa temperatura (sorgente fredda) Ad un corpo a temperatura maggiore (sorgente calda) Per effettuare questo trasferimento è necessario spendere, in alternativa: energia meccanica (elettrica), che viene trasformata in calore “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” LA POMPA DI CALORE A COMPRESSIONE con motore a gas: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” MACCHINA DI CARNOT A CICLO DIRETTO: Rappresentazione a blocchi del funzionamento di una macchina a ciclo diretto: il sistema a più alta temperatura fornisce alla macchina una quantità di calore che viene in parte trasformata in lavoro ed in parte ceduta al sistema a più bassa temperatura. Scambiando calore fra sistemi a due temperature il massimo rendimento si può ottenere con una macchina di Carnot: il suo rendimento, vale a dire il rapporto fra il lavoro utile fornito dalla macchina e la quantità di calore ceduta dal sistema a più alta temperatura, è funzione delle sole temperature assolute dei due sistemi. Il teorema di Carnot si riferisce ad una macchina reversibile, intendendo con ciò una macchina per la quale sia possibile invertire il senso di tutte le trasformazioni. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” MACCHINA DI CARNOT A CICLO INVERSO: In altri termini, se la macchina a ciclo diretto riceve la quantità di calore Q1 dalla sorgente a temperatura T1 e cede la quantità di calore Q0 alla sorgente a temperatura T0, trasformando in lavoro la quantità L=Q1-Q0, la macchina inversa riceve il lavoro L, sottrae la quantità di calore Q0 dalla sorgente a temperatura più bassa, trasferendo la quantità di calore Q1=L+Q0 alla sorgente a temperatura più alta. Nel caso della pompa di calore, il risultato che interessa è la quantità di calore ottenuta dalla sorgente a più alta temperatura. Il comportamento della pompa di calore è allora qualificato dal coefficiente di effetto utile o COP: Es. T0=0°C e T1=40°C “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PERCHE’ IL COP SI RIDUCE: 1) Le prestazioni del compressore sono caratterizzate dal suo rendimento isentropico, che è il rapporto fra il lavoro ideale di compressione (processo isentropico) e quello reale: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PERCHE’ IL COP SI RIDUCE: 2) La trasmissione del calore da un sistema ad un altro può avvenire soltanto se esiste una differenza di temperatura fra i due sistemi. La potenza termica scambiata Q è proporzionale alla differenza di temperatura T ed all’area di scambio S: Nella pompa di calore si avrà quindi che la sorgente fredda deve trovarsi a temperatura superiore a quella dell’evaporatore , perché possa cedere calore ad esso e la sorgente calda deve trovarsi a temperatura inferiore a quella del condensatore per ricevere calore. Si avrà quindi un maggior lavoro del compressore ed una minore quantità di calore sottratta alla sorgente fredda. sorgente calda sorgente fredda “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PERCHE’ IL COP SI RIDUCE: 3) L’energia di pressione posseduta dal fluido è degradata nel processo irreversibile che avviene nella valvola di laminazione, con una perdita netta di energia utilizzabile; 4) Si ha un lavoro necessario a portare a contatto evaporatore e condensatore con le sorgenti termiche. Ad esempio, in una pompa di calore che lavora con l’aria esterna, l’aria viene fatta passare attraverso la batteria dell’evaporatore con un ventilatore. Questo richiede un lavoro che va a sommarsi a quello del compressore, riducendo il COP. Se invece la sorgente fredda è acqua sotterranea, bisogna azionare una pompa; 5) L’efficienza del motore elettrico che aziona la pompa di calore non è unitaria; 6) Si ha anche un rendimento volumetrico del compressore. Viene definito come il rapporto fra volume aspirato Va e volume generato Vg: Per un basso rendimento volumetrico un compressore di data cilindrata dovrà compiere più corse per comprimere un certo volume di gas. Ne derivano maggiori perdite per attrito ed una maggiore dimensione della macchina per una data potenza. All’aumentare del rapporto delle pressioni (Mandata-Aspirazione) si riduce sempre di più il volume aspirato fino a portarsi a valori davvero molto bassi che suggeriscono in quel caso di attuare la compressione almeno in due stadi. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO INVERNALE “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO INVERNALE RAPPORTO DI COMPRESSIONE “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO INVERNALE POTENZA IN CICLO INVERNALE COP: EFFICIENZA ENERGETICA INVERNALE IL LAVORO DEL COMPRESSORE CONCORRE ALL’EFFETTO UTILE “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO ESTIVO “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” CICLO FRIGORIFERO DI UN GRUPPO FRIGO ELETTRICO A COMPRESSIONE: Nel punto A’ il fluido è allo stato di liquido sottoraffreddato e si trova in corrispondenza dell ’ uscita del condensatore. Il passaggio verso l ’ evaporatore è reso possibile per effetto della diminuzione di pressione da A’ a B realizzata attraverso una valvola di laminazione. Per effetto della differenza di pressione tra A’ e B una parte del liquido evapora nel passaggio attraverso la valvola, sottraendo calore al liquido immediatamente a monte. Nell ’ evaporatore, il miscuglio liquido-vapore inizia a sottrarre calore dall’aria da raffreddare. Così facendo tutto il refrigerante allo stato liquido passa nella condizione di vapore saturo (punto C). Si verifica quindi una rimozione di calore latente. Dal punto C a C’ si effettua un surriscaldamento del vapore, con lo scopo di far evaporare eventuali goccioline di liquido rimaste, che altrimenti potrebbero danneggiare il compressore. L ’ effetto frigorifero è dato dalla differenza di entalpia rappresentata dal tratto C ’ B. All ’ uscita dall’evaporatore il vapore viene aspirato dal compressore nel quale subisce un aumento di pressione e temperatura (tratto C’D). “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” CICLO FRIGORIFERO DI UN GRUPPO FRIGO ELETTRICO A COMPRESSIONE: All ’ uscita dal compressore il gas ha un quantitativo di calore costituito dalla somma di quello asportato nell ’ evaporatore e di quello corrispondente al lavoro meccanico del compressore. Il gas surriscaldato ed a pressione elevata, passa dal compressore nel condensatore dove inizia a cedere il proprio calore. Si verifica un abbassamento di temperatura fino alla temperatura di saturazione sulla curva (tratto DE). Successivamente il refrigerante condensa (tratto EA). Infine si effettua un sottoraffreddamento del fluido allo scopo di ottenere un maggior effetto frigorifero (tratto AA ’ ). L ’ efficienza del ciclo frigorifero è definita dall’Energy Efficiency Ratio (EER) pari al rapporto tra l’effetto frigorifero e il lavoro di compressione. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO ESTIVO POTENZA IN CICLO ESTIVO EER: EFFICIENZA ENERGETICA ESTIVA “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE Il peggioramento del rendimento isoentropico del compressore fa aumentare il lavoro del compressore “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE L’effetto utile invernale aumenta per cui il COP non peggiora di molto “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE L’effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PERCHE’ ALL’AUMENTARE DELLA TEMPERATURA DI PRODUZIONE DELL’ACQUA CALDA DIMINUISCE LA POTENZA E SI RIDUCE IL COP? “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” L’aumento della temperatura di condensazione aumenta RC: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” L’aumento della temperatura di condensazione aumenta Lc: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” L’aumento di Lc è ancora maggiore se peggiora il rendimento del compressore: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” Se il rendimento del compressore peggiora, Eui potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” Se il rendimento del compressore peggiora, Eui potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” La variazione di Eui dipende anche dal refrigerante: è leggermente più marcata con R410A rispetto a R134a a causa della forma della campana R410A R134a “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” All’aumentare della temperatura di produzione dell’acqua il COP peggiora sempre, perché Lc aumenta mentre Eui diminuisce o rimane inalterato, a seconda del rendimento isoentropico del compressore: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE COMPRESSORI SCROLL “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE COMPRESSORI A VITE “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE COMPRESSORI A VITE “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE COMPRESSORI A VITE “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO VOLUMETRICO DEL COMPRESSORE La potenza dipende anche dalla massa di refrigerante spostato M Entra in gioco il rendimento volumetrico del compressore “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO VOLUMETRICO DEL COMPRESSORE Il rendimento volumetrico diminuisce sempre all’aumentare di RC sia per gli scroll… “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” RENDIMENTO VOLUMETRICO DEL COMPRESSORE Il rendimento volumetrico diminuisce sempre all’aumentare di RC sia per gli scroll..che per i vite “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta RC “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta Lc “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” La diminuzione della temperatura di evaporazione fa aumentare EUi “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” Il COP peggiora sempre, perché Lc aumenta percentualmente sempre più di quanto aumenta Eui: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” La potenza dipende anche dalla densità del refrigerante che diminuisce con la temperatura di evaporazione: Ovviamente diminuisce anche il rendimento volumetrico del compressore!! “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” Vi è una forte dipendenza del COP dalla temperatura della sorgente fredda e da quella del calore utile prodotto: COP di pompe di calore di diversa qualità confrontate con il valore teorico in funzione della differenza fra le temperature di condensazione e di evaporazione (Temp. al condensatore = Temp. Utile = 60°C) “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE La quantità di calore trasferita è proporzionale alla massa di gas che viene fatta evaporare, compressa e fatta condensare 1. All’ ’aumentare del salto di temperatura, aumenta il salto di pressione → il lavoro di compressione aumenta, → il COP diminuisce. 2. Il compressore è una macchina volumetrica: al diminuire della temperatura di evaporazione diminuisce la densità del gas → diminuisce la massa di gas trasferito, → diminuisce la potenza utile. 3. Il compressore è una macchina volumetrica: all ’ aumentare della temperatura di condensazione aumenta la pressione finale → aumenta il lavoro di compressione sull’ ’unità di massa di gas trasferito, → aumenta la potenza assorbita dal compressore. 4. Le variazioni stagionali di temperatura delle sorgenti si ripercuotono sulle prestazioni della macchina: → SCOP, Seasonal Coefficient Of Performance. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE COP massimo teorico di una pompa di calore (macchina di Carnot a ciclo inverso): Temperatura della sorgente fredda: 5 [⁰C ]= 268 [K]. Temperatura della sorgente calda: 55 [⁰C ]= 328 [K]. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE Prestazioni di una pompa di calore al variare delle temperature di condensazione e di evaporazione (generica sorgente fredda) “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE http://www.ntb.ch/ies/competences/heat-pump-test-center-wpz.html?L=1 “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE Compressore: provvede ad aspirare il vapore di refrigerante a bassa pressione e a portarlo alla pressione più elevata necessaria alla condensazione a più alta temperatura. Compressore a vite Compressore alternativo Compressore centrifugo a palette o rotativo Compressore scroll “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE Condensatore: in tale componente il refrigerante, ad alta pressione, condensa cedendo calore alla sorgente calda o pozzo caldo. Tipologie: -Batterie alettate: la sorgente è l’aria; -Scambiatori a fascio tubiero: la sorgente è l’acqua; -Scambiatori di calore a piastre saldo brasate, per piccole potenze: la sorgente è un liquido (tipicamente acqua). Condensatore a piastre Condensatore a fascio tubiero “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE Evaporatore: in tale componente il refrigerante evapora sottraendo calore dalla sorgente fredda. Tipologie: -Batteria alettata: la sorgente è l’aria; -Scambiatore a fascio tubiero: la sorgente è l’acqua. -Scambiatori di calore a piastre saldo brasate, per piccole potenze: la sorgente è un liquido (tipicamente acqua). Evaporatore a tubi alettati Evaporatore a fascio tubiero “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE Organo di laminazione: attraverso l’ ’organo di laminazione il refrigerante si raffredda e diminuisce di pressione. La resistenza che il refrigerante liquido incontra nell’attraversare l’organo di laminazione fa spendere ad una parte di refrigerante l’energia termica che possiede (ed in conseguenza di ciò esso si raffredda). Tale energia viene assorbita dalla restante parte di refrigerante che grazie ad essa vaporizza. Durante il processo di laminazione non si ha scambio di energia termica tra refrigerante ed ambiente esterno ma solo un trasferimento di tale energia all’interno del refrigerante stesso (processo adiabatico). Tipologie: -Valvola termostatica; -Valvola elettronica. Valvola di laminazione elettronica “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE Rigeneratori (surriscaldatori, sottoraffreddatori): effettuano un recupero di calore interno al ciclo con lo scopo di raffreddare il refrigerante in uscita dal condensatore e per riscaldare il fluido in aspirazione al compressore. Tipologie: - Scambiatori a piastre; Scambiatori a fascio tubiero. Scambiatore a fascio tubiero “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” SORGENTI TERMICHE: Terreno Aria - Aria esterna; Flusso di scarto (aria di ventilazione). Acqua - Acque superficiali (laghi, mare, corsi d’ ’acqua); Acque sotterranee. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” SORGENTI TERMICHE: http://www.dimplex.de/it/addetti-ai-lavori/la-tecnica-alla-portata-di-tutti/pompe-di-calore/la-tecnica-alla-portata-di-tutti-pompa-di-calore.html “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” SORGENTI TERMICHE Aria esterna - Liberamente ed immediatamente disponibile; Temperatura generalmente caratterizzata da oscillazioni non trascurabili durante l’ ’anno; Movimentazione rumorosa e con costi energetici a volte elevati; La potenza della macchina deve essere determinata in relazione alla curva di frequenza della temperatura dell'aria esterna (bin method); Formazione di brina sulle alette della batteria esterna; Al diminuire della temperatura dell’ ’aria esterna cresce il fabbisogno per il riscaldamento, mentre le prestazioni della pompa di calore decrescono. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” SORGENTI TERMICHE Acqua - Caratteristiche di scambio termico migliori rispetto all’ ’aria a parità di temperatura; Maggiore capacità termica rispetto all’ ’aria a parità di temperatura; Largamente disponibile sul nostro territorio sia sotto forma di acque superficiali che di acque sotterranee; Temperatura generalmente caratterizzata da oscillazioni di rado superiori ai 10⁰C durante l’ ’anno; Si necessita di un adeguato filtraggio delle acque utilizzate; Limiti di natura burocratico-amministrativa relativi al prelievo, allo scarico e alla reiniezione dell’ ’acqua (salto termico massimo consentito); Problematiche relative alla variazione di portata della risorsa idrica utilizzata durante l’ ’anno. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” SORGENTI TERMICHE Terreno - - - Le macchine utilizzate sono costituite da pompe di calore geotermiche; Già a qualche metro di profondità la temperatura del terreno si stabilizza ad un valore prossimo alla media annuale della temperatura dell’ ’aria esterna; Il terreno può essere impiegato come sorgente fredda della pompa di calore o come pozzo termico della macchina frigorifera con ampie possibilità all'inizio della stagione calda di lavorare in free-cooling; L ’ interfacciamento con il terreno può avvenire con scambiatori a tubi orizzontali o a tubi verticali, entrambe tecniche ormai largamente impiegate nel geotermico.. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE AD ARIA Curve di potenza termica, frigorifera ed assorbita, di COP invernale ed estivo e di fabbisogno in funzione della temperatura dell’ ’aria esterna. BALANCE POINT: punto di intersezione tra la curva di carico e la curva della potenza della macchina. (Pompa di calore ad aria). “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC Scelta potenza PdC: differenze con caldaia “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC Scelta potenza PdC: differenze con caldaia “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC Scelta potenza PdC: differenze con caldaia “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC Scelta potenza PdC: impianto con sola PdC “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC NO – 3 ERRORI “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC NO – 3 ERRORI “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC NO – 3 ERRORI “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE AD ARIA Coefficienti correttivi: Necessità di correggere il valore del COP per tener in considerazione i cicli di sbrinamento effettuati. Quando la temperatura superficiale della batteria evaporante raggiunge valori minori di 0°C può formarsi brina sulla batteria e diventa necessario eseguire lo sbrinamento di quest’ultima. Per la pompa di calore la formazione di ghiaccio è decisamente negativa: la presenza di brina sull’alettatura della batteria diminuisce lo potenza scambiata, fungendo da isolante; la brina causa l ’ aumento delle perdite di carico della batteria e quindi provoca una diminuzione di portata d ’ aria che attraversa la batteria stessa. Durante i cicli di sbrinamento periodico, che interessa la batteria dell’unità esterna, si ha l ’ interruzione o la riduzione dell ’ energia termica prodotta lato “ utilizzatore ” a vantaggio della produzione di energia termica necessaria allo sbrinamento della batteria. L’effetto globale della formazione di brina è quindi la riduzione del COP della macchina: di seguito un grafico tipico che riporta il coefficiente correttivo della potenza termica erogata dalla macchina in funzione della temperatura esterna. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE AD ARIA La presenza dei cicli di sbrinamento è rintracciabile attraverso il tipico «ginocchio» che presenta la curva del COP al variare della temperatura dell’ ’aria esterna. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC NO – 3 ERRORI “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC CORREZIONE DEGLI ERRORI Si potrebbe pensare di risolvere i tre errori precedenti scegliendo una pompa di calore in grado di: -Funzionare anche nelle condizioni più critiche; -Produrre acqua calda sanitaria in tutte le condizioni; -Fornire energia sufficiente anche sbrinando. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA Per produrre A.C.S. per una doccia servono circa 25 kW Una doccia necessita di circa 10-12 litri al minuto, 600-700 litri all’ora, per circa 30°C di salto termico (le caldaie a produzione istantanea sono infatti da 24 kW). Se ci sono 2 bagni, serve una caldaia con un accumulo da 50100 litri, perché comunque la potenza di una doccia è fornita istantaneamente. Una caldaia da 24 kW carica un accumulo da 50 litri da 4 a 6 minuti (dipende dalla temperatura d’accumulo), uno da 100 litri in un tempo doppio. Per questo periodo la caldaia non alimenta il circuito di riscaldamento, ma l’energia persa è irrisoria e la potenza della caldaia è comunque molto superiore alla richiesta per cui l’impianto recupera. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA Per tutto il periodo in cui la pompa di calore lavora sul sanitario, non può fornire energia all’impianto. Torna ad essere un problema energetico. Nel caso di un bagno, l’energia mancante è 11,9 kWh: nel caso di due bagni addirittura 23,8 kWh. Questa energia qualcuno la DEVE fornire. SOLUZIONI 1)Si utilizza una caldaia di supporto 2)Si sfasa la produzione dell’acqua calda sanitaria (se possibile) 3)Si aumenta la potenza della pompa di calore “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA 1) CALDAIA DI SUPPORTO Sempre consigliata nei climi più freddi Inoltre dà la possibilità di scegliere il fornitore di energia più economico Convenienza economica: “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA 2) SFASAMENTO PRODUZIONE ACQUA CALDA SANITARIA Il sistema non deve funzionare con priorità sull’acqua calda sanitaria, ma a tempo. L’acqua calda sanitaria viene prodotta nelle ore più calde della giornata, quando la richiesta di riscaldamento è limitata. In questo modo aumenta anche il COP del sistema. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA 3) AUMENTO POTENZA POMPA DI CALORE E TERMINALI L’ultima soluzione prevede l’aumento di potenza della pompa di calore e dei terminali d’impianto. Quest’ultimo aspetto è fondamentale, soprattutto nel caso di sistemi ad alta inerzia, come il pavimento radiante. Bisogna sempre ragionare in termini di energia da fornire all’impianto. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” CONFRONTO TRA POMPE DI CALORE E TECNOLOGIE TRADIZIONALI Si consideri un edificio residenziale, una villetta unifamiliare di nuova costruzione con una superficie di circa 260 m2 situata nel Nord Italia. La potenza termica richiesta è di 8,5 kW, mentre quella frigorifera è di 6,2 kW. POMPA DI CALORE ELETTRICA ARIA/ACQUA SISTEMA TRADIZIONALE Caldaia a gas metano abbinata ad un condizionatore di tipo split. Si è scelto di installare un unico impianto a pompa di calore elettrica aria/acqua per il raffrescamento, il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria. Il sistema di distribuzione per la climatizzazione è stato realizzato con pannelli radianti a soffitto, mentre il rinnovo e la purificazione dell’aria avvengono con recupero di calore. È stato poi integrato un impianto solare termico. (speciale tecnico CO.AER maggio 2012) “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” CONFRONTO TRA POMPE DI CALORE E TECNOLOGIE TRADIZIONALI Rispetto ai costi di un impianto tradizionale costituito da una caldaia abbinata a un condizionatore split, il costo della pompa di calore come apparecchio è maggiore anche se i costi di accessori e di installazione si riducono poiché si tratta di un unico impianto. In ogni caso rimane un maggior costo di investimento, pari a circa 2.600 euro. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” CONFRONTO TRA POMPE DI CALORE E TECNOLOGIE TRADIZIONALI Se si analizzano i costi di esercizio dell’impianto con pompa di calore, si riscontra un risparmio di circa 1.200 euro/anno rispetto al sistema tradizionale. I maggiori risparmi si hanno nella fase invernale di riscaldamento. Ciò significa che, nonostante un maggiore investimento iniziale di 2.600 euro rispetto all’impianto tradizionale, i risparmi annui di 1.166 euro consentono di avere un ritorno dell’investimento in soli 3 anni e di risparmiare, per tutti gli altri anni di vita dell’impianto, un importo di 1.166 euro/anno. “Nuove apparecchiature per la climatizzazione” La tariffa D2 è applicata ai contratti stipulati nelle abitazioni di residenza con impegno di potenza non superiore ai 3 kW. La tariffa D3 è applicata ai contratti stipulati nelle abitazioni di residenza con impegno di potenza superiore a 3 kW e a quelli stipulati per le abitazioni non di residenza.